Фамилия Новомлинец — редкий случай, когда географический корень читается почти без искажений. В её основе лежит украинское или южнорусское слово «млин» — мельница. «Новомлинец» — это буквально «житель Нового Млина» или «человек с Новой Мельницы». Такое прозвище давали переселенцу, который основал новый мельничный хутор, либо тому, кто перебрался из села с похожим названием. На Украине и сейчас существует несколько сёл с названием Новомлин (например, в Харьковской и Волынской областях), и фамилия могла закрепиться за выходцами именно оттуда.

Суффикс -ец указывает на принадлежность к месту: так образовывали названия жителей (киевлянин — киевец, полтавец, донбассовец). В сочетании с корнем «Ново-» и «млин» получаем точную характеристику — «тот, кто с Новой Мельницы». Модель образования типична для западно- и центральноукраинского ареала, где фамилии на -ец встречаются чаще, чем на севере России.

Фамилия не слишком распространена. Основные очаги — Украина, особенно восточные и центральные области, а также юг России (Краснодарский край, Ростовская область), куда в XIX–XX веках переселялись украинские крестьяне. Встречается и в Беларуси, но реже. В московских и питерских телефонных справочниках Новомлинцев можно пересчитать по пальцам — это говорит о том, что фамилия осталась локальной, не размылась массовой миграцией.

С точки зрения словообразования фамилия прозрачна, но есть одна тонкость. В русском языке «млин» — это блин, а не мельница. Поэтому носитель фамилии в великорусских губерниях мог столкнуться с непониманием: его прозвище переосмысливали как «Новоблинец» — якобы тот, кто печёт новые блины. Однако украинское происхождение здесь первично, и версия с кулинарией — вторичная народная этимология, не имеющая под собой исторической основы.

Сословно фамилия почти наверняка крестьянская или казачья. Дворянских родов Новомлинцев не зафиксировано. Предки носителя фамилии — скорее всего, мельники или владельцы водяных мельниц, что на юге Российской империи было делом уважаемым, но не аристократическим. В списках реестровых казаков XVII–XVIII веков подобные прозвища встречаются, но документальных подтверждений именно для этой фамилии нет.

В современном русском языке фамилия склоняется как обычное существительное мужского рода: Новомлинец, Новомлинца, Новомлинцу. Женский вариант — Новомлинец (неизменяемая форма) или, реже, Новомлинецкая, если фамилия оформлена по женскому образцу, но это уже исключение.